3.4.Вибір типу мішалки
Тип мішалки обраного апарату треба детально обґрунтувати.
Ефективність перемішування рідких середовищ оцінюється ступенем однорідності в одержаній суміші:
|
(3) |
,
де:
-
середнє для декількох зон об'єму
відхилення від середньої концентрації,
%;
-
середня концентрація основного
компоненту в різних зонах апарату, %.
|
(4) |
,
де:
і
- об'єми твердих частинок і рідини, м3;
ρТ і ρр – густини твердих частинок та рідини, кг/м3.
Найпоширенішими конструкціями мішалок є лопатеві, пропелерні, турбінні та якорні. Лопатеві і якорні мішалки відносяться до тихохідних і роблять від 20 до 120 об/мин (лопатева) і 50 - 60 об/мин (якірна). Лопатеві мішалки використовуються для перемішування рідин з невеликою в'язкістю, але вони непридатні для перемішування речовин, що легко розшаровуються. Якірні застосовуються для густих і в'язких мас.
До швидкохідних (швидкість обертання 2 - 30 об/с) відносяться пропелерні і турбінні мішалки. Пропелерні мішалки використовують для швидкісного перемішування розчинів з невеликою в'язкістю, для проведення хімічних реакцій в рідкому середовищі і для приготування суспензій і емульсій. Турбінні мішалки ефективні для перемішування рідин різної в'язкості і суспензій з високим змістом зважених частинок, для швидкого розчинення, інтенсифікації теплообміну і проведення хімічних реакцій.
Характеристика мішалок і перемішуванних ними рідин приведена в таблиці 1.
Таблиця 1
Мішалки |
Апарат |
Рідина |
||||||
Тип |
d/D |
b/d |
h/d |
S/d |
швидкисть, м/с |
H/D |
μ, Па·с (граничні значення) |
ρ , кг/м3 |
Лопатева |
0,6-0,7 |
0,1 |
0,1-0,3 |
- |
1,5-5,0 |
0,8-1,3 |
1,0-3,0 |
800-1900 |
Пропелерна |
0,15-0,4 |
0,06 |
1,2-2,0 |
1-2 |
3,8-16,0 |
1,0-1,5 |
2,0-6,0 |
800-1900 |
Турбінна закритого типу |
0,25-0,35 |
0,2 |
0,5-1,0 |
- |
2,5-12,0 |
1,0-1,5 |
25,0 |
800-1900 |
Якірна |
0,95-0,98 |
0,07 |
0,01-0,06 |
- |
0,5-4,0 |
0,8-1,2 |
10,0 |
800-1900 |
де: d - діаметр мішалки, м; b - ширина лопасті, м; h - відстань від основи мішалки до днища апарату, м; Н - висота шару рідини в апараті, м; D - внутрішній діаметр апарату, м.
При отриманні суспензій досягається таке число обертів мішалки, при якому значення осьової складової швидкості потоку рівно або більше швидкості осадження найкрупніших твердих частинок.
Частоту обертання мішалки n (об/с), при якій досягається практично рівномірний розподіл твердої фази у всьому об'ємі суспензії, знаходять по формулі
|
(5) |
де:
- різниця густини частинок і середовища,
кг/м3;
-еквівалентний
діаметр твердих частинок, м;
D і d - внутрішній діаметр апарату і діаметр мішалки, м;
-
густина середовища або суміші, кг/м3.
Значення
коефіцієнту
і показників ступенів x1
і у1
приведені в таблиці 2.
При емульгуванні ефективність перемішування характеризується рівномірністю розподілу і розміром крапель дисперсної фази.
Частоту обертання n (об/с) мішалки при перемішуванні емульсій розраховують по формулі
|
(6) |
де: σ – поверхневе натягнення суміші, Дж/м2.
Значення коефіцієнту C2 і показників ступенів х2 і у2 приведені у таблиці 2.
Число обертів мішалки при гомогенізації рідин визначається із залежності
|
(7) |
де: n - число обертів мішалки, об/с;
τ – час перемішування.
Значення сτ для різних мішалок приведені у таблиці 3.
Таблиця 2
Мішалка |
Значення коефіцієнтів і показників ступенів |
|||||
C1 |
X1 |
y1 |
C2 |
x2 |
y2 |
|
Лопатева Пропелерна Турбінна закритого типу |
46,4 20,6 14,7 |
0 1 1 |
1 2 2 |
3,02 6,05 4,72 |
1,3 0,67 0,67 |
2,17 1,54 1,54 |
Таблиця 3
Тип мішалки |
D/d |
Сτ |
Турбінна закритого типу |
3 |
46 |
4 |
81,5 |
|
Турбінна відкритого типу |
3 |
56 |
4 |
99,5 |
|
Листова |
2 |
20,5 |
1,5 |
207 |
|
Лопатева |
3 |
96,5 |
Пропелерна с дифузором |
3 |
66,2 |
4 |
118 |
|
Пропелерна |
3 |
96,5 |
4 |
170 |
|
Якірна |
1,15 |
30 |